C# 使用特性的方式封装报文-数字星空

在编写上位机软件时，需要经常处理命令拼接与其他设备进行通信，通常对不同的命令封装成不同的方法，扩展稍许麻烦。

本次拟以特性方式实现，以兼顾维护性与扩展性。

思想：

一种命令对应一个类，其类中的各个属性对应各个命令段，通过特性的方式，实现其在这包数据命令中的位置、大端或小端及其转换为对应的目标类型；

然后通过反射对其进行拼包，从而得到一包完整数据。

场景：

将一个轴移动到对应的X，Y，Z位置，为了演示，对其共用一个速度

这个移动到指定位置的命令假设按以下顺序构成（为了展示，草率的命令结构）：

序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9
字节	2	u32	u16	u16	u32	s32	s32	s32	2
说明	包头	步骤号（ID）	功能码	轴	速度	X位置	Y位置	Z位置	包尾

实现：

创建特性 CmdPropertyAttribute

 1 [AttributeUsage(AttributeTargets.Property)]
 2 internal class CmdPropertyAttribute : Attribute
 3 {
 4     public Type? TargetType { get; set; }
 5 
 6     public int Number { get; set; }
 7 
 8     public bool IsReverse { get; set; }
 9 
10     public CmdPropertyAttribute(int number)
11     {
12         Number = number;
13     }
14 
15     public CmdPropertyAttribute(int number, Type targetType)
16     {
17         Number = number;
18         TargetType = targetType;
19     }
20 
21     public CmdPropertyAttribute(int number, bool isReverse)
22     {
23         Number = number;
24         IsReverse = isReverse;
25     }
26 
27     public CmdPropertyAttribute(int number, Type targetType, bool isReverse)
28     {
29         Number = number;
30         IsReverse = isReverse;
31         TargetType = targetType;
32     }
33 }

参数类，每一种命令对应一个参数类，它们继承于参数基类

创建参数基类 ParamBase ，每种数据都是步骤号处于第一位，特把其放入到基类中

1     public class ParamBase
2     {
3         [CmdProperty(0, true)]
4         public int StepNum { get; set; }
5     }

创建轴枚举 Axis

1     public enum Axis : ushort
2     {
3         Axis_1 = 1,
4 
5         Axis_2 = 2,
6     }

创建功能码枚举 FunctionCode

1     public enum FunctionCode
2     {
3         Move = 1
4     }

创建移动类 MoveParam ，为了更好展示高低位转换，特对Speed属性进行反转

 1     public class MoveParam : ParamBase
 2     {
 3         [CmdProperty(1, typeof(ushort))]
 4         public FunctionCode Function { get; init; }
 5 
 6         [CmdProperty(2, typeof(ushort))]
 7         public Axis Axis { get; set; }
 8 
 9         [CmdProperty(3, true)]
10         public uint Speed { get; set; }
11 
12         [CmdProperty(4)]
13         public int XPoint { get; set; }
14 
15         [CmdProperty(5)]
16         public int YPoint { get; set; }
17 
18         [CmdProperty(6)]
19         public int ZPoint { get; set; }
20 
21         public MoveParam()
22         {
23             
24         }
25 
26         public MoveParam(int stepNum, Axis axis, uint speed, int xPoint, int yPoint, int zPoint)
27         {
28             Function = FunctionCode.Move;
29             StepNum = stepNum;
30             Axis = axis;
31             Speed = speed;
32             XPoint = xPoint;
33             YPoint = yPoint;
34             ZPoint = zPoint;
35         }
36     }

对参数对象进行反射解析，生成对应的数据命令集合

创建扩展类 ParamBaseExtensions

 1     public static class ParamBaseExtensions
 2     {
 3         public static byte[] ToCmd(this ParamBase param)
 4         {
 5             var properties = param.GetType().GetProperties()
 6                 .Where(x => x.IsDefined(typeof(CmdPropertyAttribute), false))
 7                 .OrderBy(x => ((CmdPropertyAttribute)x.GetCustomAttribute(typeof(CmdPropertyAttribute))).Number);
 8 
 9             List<byte> result = new();
10 
11             foreach (var item in properties)
12             {
13                 var cmdAttribute = item.GetCustomAttribute(typeof(CmdPropertyAttribute)) as CmdPropertyAttribute;
14 
15                 var value = item.GetValue(param);
16 
17                 if (cmdAttribute.TargetType is not null)
18                 {
19                     value = Convert.ChangeType(value, cmdAttribute.TargetType);
20                 }
21 
22                 var propertyBytes = value.ToBytes();
23 
24                 if (cmdAttribute.IsReverse)
25                     propertyBytes = propertyBytes.Reverse().ToArray();
26 
27                 result.AddRange(propertyBytes);
28             }
29 
30             return result.ToArray();
31         }
32 
33 
34         private static byte[] ToBytes(this object obj)
35         {
36             return obj switch
37             {
38                 short s => BitConverter.GetBytes(s),
39                 ushort s => BitConverter.GetBytes(s),
40                 int s => BitConverter.GetBytes(s),
41                 uint s => BitConverter.GetBytes(s),
42                 float s => BitConverter.GetBytes(s),
43                 double s => BitConverter.GetBytes(s),
44                 byte s => [s],
45                 _ => throw new NotImplementedException(),
46             };
47         }
48     }

将数据命令与包头，包尾拼接，从而组合成一包完整数据

创建类 CmdHelper

 1     public class CmdHelper
 2     {
 3         private byte[] GetHeads()
 4         {
 5             return [0x0B, 0x0F];
 6         }
 7 
 8 
 9         private byte[] GetTails()
10         {
11             return [0x0C, 0x0A];
12         }
13 
14         public byte[] BuilderCmd(ParamBase param)
15         {
16             return
17                 [
18                     .. GetHeads(),
19                     .. param.ToCmd(),
20                     .. GetTails(),
21                 ];
22         }
23     }

调用：

 1 var cmdHelper = new CmdHelper();
 2 var param = new MoveParam()
 3 {
 4     XPoint = 14,
 5     YPoint = 14,
 6     ZPoint = 14,
 7     Axis = Enums.Axis.Axis_1,
 8     Speed = 20,
 9     StepNum = 1
10 };
11 var byteArr = cmdHelper.BuilderCmd(param);
12 
13 foreach (var item in byteArr) 
14 {
15     Console.Write(item.ToString("X2") + " ");
16 }

最后的打印结果为：

0B 0F 00 00 00 01 00 00 01 00 00 00 00 14 0E 00 00 00 0E 00 00 00 0E 00 00 00 0C 0A

如果后续在写其他命令，只需继承于 ParamBase 类，在对应的属性上使用 CmdProperty 特性即可